สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน

ในวิทยาศาสตร์กายภาพสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน ( P ) หรือสัมประสิทธิ์การกระจายตัว ( D ) คืออัตราส่วนของความเข้มข้นของสารประกอบในส่วนผสมของตัวทำละลายสองชนิดที่ไม่สามารถผสม กันได้ ณสภาวะสมดุลดังนั้นอัตราส่วนนี้จึงเป็นการเปรียบเทียบความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายในของเหลวทั้งสองชนิดนี้ โดยทั่วไปแล้ว สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนจะหมายถึงอัตราส่วนความเข้มข้นของ สารประกอบชนิด ที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนในขณะที่สัมประสิทธิ์การกระจายตัวจะหมายถึงอัตราส่วนความเข้มข้นของสารประกอบทุกชนิด (ทั้งชนิดที่แตกตัวเป็นไอออนและไม่แตกตัวเป็นไอออน) ^{[ 1 ]}

ใน วิทยาศาสตร์ เคมีและเภสัชกรรมทั้งสองเฟสมักจะเป็นตัวทำละลาย [ ^{2 ] โดย}ทั่วไป ตัวทำละลายตัวหนึ่งคือน้ำ ในขณะที่อีกตัวหนึ่งเป็นสารที่ไม่ชอบน้ำเช่น1-ออกทานอล [ ^{3 ] ดังนั้น}ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนจึงวัดว่า สารเคมีนั้น ชอบน้ำ ("ชอบน้ำ") หรือไม่ชอบน้ำ ("กลัวน้ำ") มากน้อยเพียงใด ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนมีประโยชน์ในการประมาณการการกระจายตัวของยาภายในร่างกาย ยาที่ไม่ชอบน้ำที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนออกทานอล-น้ำ สูงส่วนใหญ่ จะกระจายไปยังบริเวณที่ไม่ชอบน้ำ เช่นเยื่อไขมันของเซลล์ ในทางกลับกัน ยาที่ชอบน้ำ (ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนออกทานอล/น้ำต่ำ) จะพบได้ในบริเวณที่เป็นน้ำเป็นหลัก เช่น ซีรั่ มในเลือด^{[ 4 ]}

หากตัวทำละลายตัวหนึ่งเป็นแก๊สและอีกตัวหนึ่งเป็นของเหลว จะสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนแก๊ส/ของเหลวได้ ตัวอย่างเช่นค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนเลือด/แก๊สของยาสลบทั่วไปจะวัดว่ายาสลบผ่านจากแก๊สไปยังเลือดได้ง่ายเพียงใด^{[ 5 ]}นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนได้เมื่อเฟสหนึ่งเป็นของแข็งเช่น เมื่อเฟสหนึ่งเป็นโลหะ หลอมเหลว และเฟสที่สองเป็นโลหะแข็ง^{[ 6 ]}หรือเมื่อทั้งสองเฟสเป็นของแข็ง^{[ 7 ]}การแบ่งส่วนของสารเข้าไปในของแข็งส่งผลให้เกิดสารละลาย ของแข็ง

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสามารถวัดได้จากการทดลองด้วยวิธีต่างๆ (เช่น การเขย่าขวดการวิเคราะห์ด้วย HPLCเป็นต้น) หรือประมาณค่าได้จากการคำนวณโดยใช้วิธีการต่างๆ (เช่น วิธีที่อิงตามชิ้นส่วน วิธีที่อิงตามอะตอม เป็นต้น)

หากสารหนึ่งๆ มีอยู่ ในระบบการแบ่งส่วนในรูป ของสารเคมีหลายชนิดเนื่องจากการรวมตัวหรือการแตกตัวแต่ละชนิดจะได้รับ ค่า K _ow ของตัวเอง ค่า D ที่เกี่ยวข้องจะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างชนิดต่างๆ ได้ แต่จะบ่งบอกถึงอัตราส่วนความเข้มข้นของสารนั้นระหว่างสองเฟสเท่านั้น

แม้จะมีคำแนะนำอย่างเป็นทางการให้ตรงกันข้าม แต่คำว่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนยังคงเป็นคำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเอกสารทางวิทยาศาสตร์^{[ 8 ]}

ในทางตรงกันข้ามIUPACแนะนำว่าไม่ควรใช้คำศัพท์ชื่อเรื่องอีกต่อไป แต่ควรแทนที่ด้วยคำศัพท์ที่เฉพาะเจาะจงกว่า^{[ 9 ]}ตัวอย่างเช่นค่าคงที่การแบ่งส่วนซึ่งกำหนดไว้ดังนี้

โดยที่K _{D คือ} ค่าคงที่สมดุลของกระบวนการ[A] แทนความเข้มข้นของตัวถูกละลาย A ที่กำลังทดสอบ และ "org" และ "aq" หมายถึงเฟสอินทรีย์และเฟสน้ำตามลำดับ IUPAC ยังแนะนำ "อัตราส่วนการแบ่งส่วน" สำหรับกรณีที่ สามารถกำหนด สัมประสิทธิ์กิจกรรมการถ่ายโอนได้และ "อัตราส่วนการกระจาย" สำหรับอัตราส่วนของความเข้มข้นเชิงวิเคราะห์ทั้งหมดของตัวถูกละลายระหว่างเฟส โดยไม่คำนึงถึงรูปแบบทางเคมี^{[ 9 ]}

ค่า สัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน ( partition coefficient ) ซึ่งย่อว่าPถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนเฉพาะของความเข้มข้นของตัวถูกละลายระหว่างตัวทำละลายสองชนิด (เฟสของเหลวสองเฟส) โดยเฉพาะสำหรับตัวถูกละลายที่ไม่มีไอออนและลอการิทึมของอัตราส่วนจึงเป็นlog P ^{[ 10 ] : 275ff} เมื่อตัวทำละลายชนิดหนึ่งเป็นน้ำและอีกชนิดหนึ่งเป็น ตัว ทำละลายที่ไม่มีขั้ว ค่า log Pจะเป็นตัววัด ความเป็น ลิโปฟิลิกหรือไฮโดรโฟบิก [ ^{10 ] : 275ff [ 11 ] : 6} แบบอย่างที่กำหนดไว้คือ เฟสลิโปฟิลิกและไฮโดรฟิลิก^จะต้องอยู่ในตัวเศษและตัวส่วนตามลำดับเสมอ ตัวอย่างเช่น ในระบบสองเฟสของn - octanol (ต่อไปนี้จะเรียกว่า "octanol" เฉยๆ) และน้ำ:

${\displaystyle \log P_{\text{oct/wat}}=\log _{10}\left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{un-ionized}}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{un-ionized}}}}\right).}$

โดยประมาณอย่างคร่าวๆ เฟสที่ไม่เป็นขั้วในการทดลองดังกล่าว มักถูกครอบงำด้วยรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนของสารละลาย ซึ่งมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า แม้ว่าสิ่งนี้อาจไม่เป็นจริงสำหรับเฟสที่เป็นน้ำก็ตาม ในการวัดค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนของสารละลายที่แตกตัวเป็นไอออนได้ จะต้องปรับ ค่าpHของเฟสที่เป็นน้ำเพื่อให้รูปแบบที่เด่นกว่าของสารประกอบในสารละลายคือรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน หรือการวัดค่าที่ค่า pH อื่นๆ ที่สนใจ จำเป็นต้องพิจารณาสารทุกชนิด ทั้งรูปที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนและรูปที่แตกตัวเป็นไอออนแล้ว (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง)

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่สอดคล้องกันสำหรับสารประกอบที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ ซึ่งย่อว่าlog P ^Iนั้น ได้มาสำหรับกรณีที่มี รูปแบบ ไอออนไนซ์ ที่เด่น ของโมเลกุล โดยที่ต้องพิจารณาการแบ่งส่วนของทุกรูปแบบ ทั้งไอออนไนซ์และไม่ไอออนไนซ์ ระหว่างสองเฟส (รวมถึงปฏิสัมพันธ์ของสมดุลทั้งสอง การแบ่งส่วนและการแตกตัวเป็นไอออน) ^{[ 11 ] : 57ff, 69f [ 12 ]} Mใช้เพื่อระบุจำนวนรูปแบบไอออนไนซ์ สำหรับ รูปแบบที่ I ( I = 1, 2, ... , M ) ลอการิทึมของค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่สอดคล้องกันจะถูกกำหนดในลักษณะเดียวกับรูปแบบที่ไม่ไอออนไนซ์ ตัวอย่างเช่น สำหรับการแบ่งส่วนออกทานอล-น้ำ มันคือ ${\displaystyle \log P_{\text{oct/wat}}^{I}}$

${\displaystyle \log \ P_{\text{oct/wat}}^{\mathrm {I} }=\log _{10}\left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{I}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{I}}}\right).}$

เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างค่านี้กับค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนมาตรฐานที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน มักจะกำหนดสัญลักษณ์log P ⁰ ให้กับค่าที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน เพื่อให้การแสดงออกที่มีดัชนีสำหรับสารละลายที่แตกตัวเป็นไอออนกลายเป็นเพียงส่วนขยายของค่านี้ในช่วงค่าI > 0 ${\displaystyle \log P_{\text{oct/wat}}^{I}}$

สัมประสิทธิ์การกระจายตัว log D คืออัตราส่วนของผลรวมของความเข้มข้นของสารประกอบทุกรูปแบบ (ทั้งแบบแตกตัวเป็นไอออนและไม่แตกตัวเป็นไอออน) ในแต่ละเฟสทั้งสองเฟส โดยเฟสหนึ่งมักจะเป็นเฟสน้ำเสมอ ดังนั้นจึงขึ้นอยู่กับค่า pHของเฟสน้ำ และ log D = log Pสำหรับสารประกอบที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนที่ค่า pH ใดๆ^{[ 13 ] [ 14 ]}สำหรับการวัดสัมประสิทธิ์การกระจายตัว ค่า pH ของเฟสน้ำจะถูกบัฟเฟอร์ไว้ที่ค่าเฉพาะค่าหนึ่ง เพื่อไม่ให้ค่า pH เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเติมสารประกอบเข้าไป ค่าของlog D แต่ละค่า จะถูกกำหนดเป็นลอการิทึมของอัตราส่วน—ของผลรวมของความเข้มข้นที่วัดได้จากการทดลองของรูปแบบต่างๆ ของตัวถูกละลายในตัวทำละลายหนึ่ง กับผลรวมของความเข้มข้นของรูปแบบต่างๆ ของตัวถูกละลายในตัวทำละลายอีกตัวหนึ่ง ซึ่งสามารถแสดงได้ดังนี้^{[ 10 ] : 275–8}

${\displaystyle \log D_{\text{oct/wat}}=\log _{10}\left({\frac {{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{ionized}}+{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{octanol}}^{\text{un-ionized}}}{{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{ionized}}+{\big [}{\text{solute}}{\big ]}_{\text{water}}^{\text{un-ionized}}}}\right).}$

ในสูตรข้างต้น ตัวยก "ไอออนไนซ์" แต่ละตัวแสดงถึงผลรวมของความเข้มข้นของไอออนไนซ์ทุกชนิดในเฟสที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ เนื่องจากค่า log Dขึ้นอยู่กับค่า pH จึงต้องระบุค่า pH ที่วัดค่า log Dด้วย ในด้านต่างๆ เช่น การค้นพบยา ซึ่งเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์การแบ่งส่วนในระบบชีวภาพ เช่น ร่างกายมนุษย์ ค่า log Dที่ค่า pH ทางสรีรวิทยา = 7.4 มีความสำคัญเป็นพิเศษ

โดยทั่วไป แล้ว การแสดงค่า log DในรูปของP ^Iที่กำหนดไว้ข้างต้น (ซึ่งรวมถึงP ⁰เป็นสถานะI = 0 ) มักสะดวกกว่า จึงครอบคลุมทั้งชนิดที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนและชนิดที่แตกตัวเป็นไอออน^{[ 12 ]}ตัวอย่างเช่น ในออกทานอล-น้ำ:

${\displaystyle \log D_{\text{oct/wat}}=\log _{10}\left(\sum _{I=0}^{M}f^{I}P_{\text{oct/wat}}^{I}\right),}$

ซึ่งรวมค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนแต่ละรายการ (ไม่ใช่ค่าลอการิทึม) และ ระบุ เศษส่วนโมลที่ขึ้นอยู่กับค่า pH ของ รูปแบบที่ I (ของตัวถูกละลาย) ในเฟสน้ำ และตัวแปรอื่นๆ ถูกกำหนดไว้ก่อนหน้านี้^{[ 12 ]}${\displaystyle f^{I}}$

ค่าสำหรับระบบออกทานอล-น้ำในตารางต่อไปนี้มาจากธนาคารข้อมูลดอร์ทมุนด์ [ ^{15 ] เรียง}ลำดับตามสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนจากน้อยไปมาก (อะเซตาไมด์เป็นไฮโดรฟิลิก และ 2,2',4,4',5-เพนตาคลอโรไบฟีนิลเป็นไลโปฟิลิก) และแสดงพร้อมกับอุณหภูมิที่วัด (ซึ่งส่งผลต่อค่า)

ค่าสำหรับสารประกอบอื่นๆ อาจพบได้ในบทวิจารณ์และเอกสารทางวิชาการต่างๆ ที่มีอยู่^{[ 2 ] : 551ff [ 21 ] [ 22 ] : 1121ff [ 23 ] [ 24 ]}การอภิปรายเชิงวิพากษ์เกี่ยวกับความท้าทายในการวัด log  Pและการคำนวณค่าประมาณที่เกี่ยวข้อง (ดูด้านล่าง) ปรากฏในบทวิจารณ์หลายฉบับ^{[ 11 ] [ 24 ]}

ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวของยามีผลอย่างมากต่อความง่ายในการที่ยาจะเข้าถึงเป้าหมายที่ต้องการในร่างกาย ความแรงของผลที่จะเกิดขึ้นเมื่อยาเข้าถึงเป้าหมาย และระยะเวลาที่ยาจะคงอยู่ในร่างกายในรูปแบบที่ออกฤทธิ์ได้^{[ 25 ]}ดังนั้น ค่า log P ของโมเลกุลจึงเป็นเกณฑ์หนึ่งที่ นักเคมีทางการแพทย์ใช้ในการตัดสินใจในการค้นพบยาในระยะก่อนคลินิก เช่น ในการประเมินความคล้ายคลึงกับยาของยาที่อาจเป็นไปได้^{[ 26 ]}ในทำนองเดียวกัน ค่านี้ใช้ในการคำนวณประสิทธิภาพลิโปฟิลิกในการประเมินคุณภาพของสารประกอบวิจัย โดยประสิทธิภาพของสารประกอบจะถูกกำหนดเป็นศักยภาพ ของมัน ผ่านค่าที่วัดได้ของpIC ₅₀หรือpEC ₅₀ ลบด้วยค่า log Pของมัน^{[ 27 ]}

ในบริบทของเภสัชจลนศาสตร์ (วิธีที่ร่างกายดูดซึม เผาผลาญ และขับยา) ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวมีอิทธิพลอย่างมากต่อ คุณสมบัติ ADMEของยา ดังนั้น ความเป็นไฮโดรโฟบิกของสารประกอบ (วัดโดยค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัว) จึงเป็นตัวกำหนดที่สำคัญว่า ยานั้นมี คุณสมบัติคล้ายยามาก น้อยเพียงใด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สำหรับยาที่จะถูกดูดซึมทางปากได้นั้น โดยปกติแล้วยาจะต้องผ่านเยื่อไขมันในเยื่อ บุลำไส้ก่อน (กระบวนการที่เรียกว่า การขนส่ง ผ่านเซลล์ ) เพื่อการขนส่งที่มีประสิทธิภาพ ยาจะต้องมีคุณสมบัติไฮโดรโฟบิกเพียงพอที่จะแทรกตัวเข้าไปในเยื่อไขมัน แต่ไม่ควรไฮโดรโฟบิกมากเกินไปจนเมื่อเข้าไปอยู่ในเยื่อไขมันแล้วจะไม่สามารถแทรกตัวออกมาได้อีก^{[ 29 ] [ 30 ]}ในทำนองเดียวกัน ความเป็นไฮโดรโฟบิกมีบทบาทสำคัญในการกำหนดว่ายาจะกระจายตัวอยู่ที่ใดในร่างกายหลังจากดูดซึม และส่งผลให้ยาถูกเผาผลาญและขับออกได้เร็วเพียงใด

ในบริบทของเภสัชพลศาสตร์ (ยาออกฤทธิ์ต่อร่างกายอย่างไร) ผลของไฮโดรโฟบิกเป็นแรงผลักดันหลักสำหรับการจับตัวของยากับเป้าหมายตัวรับ^{[ 31 ] [ 32 ]}ในทางกลับกัน ยาไฮโดรโฟบิกมักมีพิษมากกว่า เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วยาเหล่านี้จะถูกกักเก็บไว้นานกว่า มีการกระจายตัวในร่างกายกว้างกว่า (เช่นภายในเซลล์ ) มีความจำเพาะในการจับกับโปรตีนน้อยกว่า และสุดท้ายมักถูกเมตาบอไลซ์อย่างกว้างขวาง ในบางกรณี เมตาบอไลต์อาจมีปฏิกิริยาทางเคมี ดังนั้นจึงควรทำให้ยามีคุณสมบัติชอบน้ำมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในขณะที่ยังคงรักษาความสามารถในการจับกับเป้าหมายโปรตีนบำบัดได้อย่างเพียงพอ^{[ 33 ]}สำหรับกรณีที่ยาไปถึงตำแหน่งเป้าหมายผ่านกลไกแบบพาสซีฟ (เช่น การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์) ค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวที่เหมาะสมสำหรับยาโดยทั่วไปจะมีค่าปานกลาง (ไม่ชอบไขมันมากเกินไป และไม่ชอบน้ำมากเกินไป) ในกรณีที่โมเลกุลไปถึงเป้าหมายด้วยวิธีอื่น จะไม่มีการสรุปทั่วไปเช่นนี้

ความไม่ชอบน้ำของสารประกอบสามารถบ่งบอกให้นักวิทยาศาสตร์ทราบได้ว่าสารประกอบนั้นอาจถูกดูดซึมเข้าสู่แหล่งน้ำใต้ดินได้ง่ายเพียงใด และอาจก่อให้เกิดมลพิษต่อแหล่งน้ำ รวมถึงความเป็นพิษต่อสัตว์และสิ่งมีชีวิตในน้ำ^{[ 34 ]}ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนยังสามารถใช้ในการทำนายการเคลื่อนที่ของสารกัมมันตรังสีในน้ำใต้ดิน ได้อีกด้วย ^{[ 35 ]}ในสาขาอุทกธรณีวิทยาค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างออกทานอลกับน้ำK _owถูกนำมาใช้ในการทำนายและสร้างแบบจำลองการเคลื่อนที่ของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ชอบน้ำที่ละลายอยู่ในดินและน้ำใต้ดิน

สารกำจัดศัตรูพืชและสารกำจัดวัชพืชที่ไม่ชอบน้ำมักจะมีฤทธิ์มากกว่า สารเคมีทางการเกษตรที่ไม่ชอบน้ำโดยทั่วไปจะมีครึ่งชีวิตที่ยาวนานกว่า ดังนั้นจึงมีความเสี่ยงเพิ่มขึ้นที่จะเกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในทางลบ^{[ 36 ]}

ในด้านโลหะวิทยาค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดว่าสิ่งเจือปนต่างๆ จะกระจายตัวอย่างไรระหว่างโลหะหลอมเหลวและโลหะแข็งตัว เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับการทำให้บริสุทธิ์โดยใช้การหลอมโซนและกำหนดว่าสามารถกำจัดสิ่งเจือปนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใดโดยใช้การแข็งตัวแบบทิศทางซึ่งอธิบายโดยสมการของ Scheil ^{[ 6 ]}

อุตสาหกรรมอื่นๆ อีกมากมายนำค่าสัมประสิทธิ์การกระจายมาพิจารณาด้วย เช่น ในการกำหนดสูตรเครื่องสำอาง ยาทาเฉพาะที่ สีย้อม สีย้อมผม และผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 37 ]}

มีการพัฒนาวิธีการวัดค่าสัมประสิทธิ์การกระจายตัวหลายวิธี รวมถึงวิธีเขย่าขวด วิธีกรวยแยก วิธี HPLC แบบย้อนกลับ และเทคนิค pH-metric ^{[ 10 ] : 280}

วิธีนี้ช่วยให้สามารถแยกอนุภาคของแข็งที่อยู่ในของเหลวสองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้ง่ายๆ โดยการแขวนลอยอนุภาคของแข็งเหล่านั้นลงในของเหลวที่ไม่สามารถผสมกันหรือผสมกันได้บ้างโดยตรง

วิธีการหาค่า log Pแบบคลาสสิกและน่าเชื่อถือที่สุดคือวิธีเขย่าขวดซึ่งประกอบด้วยการละลายสารละลายที่ต้องการในปริมาตรของออกทานอลและน้ำ จากนั้นวัดความเข้มข้นของสารละลายในแต่ละตัวทำละลาย^{[ 38 ] [ 39 ]}วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดในการวัดการกระจายตัวของสารละลายคือโดย สเปกโทรส โกปี UV/VIS ^{[ 38 ]}

วิธีการที่รวดเร็วกว่าในการกำหนด log Pคือการใช้โครมาโทกราฟีของเหลวประสิทธิภาพสูง สามารถกำหนด log Pของสารละลายได้โดยการเปรียบเทียบเวลาการกักเก็บกับสารประกอบที่คล้ายกันซึ่งมีค่า log P ที่ทราบ ^{[ 40 ]}

ข้อดีของวิธีนี้คือรวดเร็ว (5–20 นาทีต่อตัวอย่าง) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่า log Pถูกกำหนดโดยการถดถอยเชิงเส้นสารประกอบหลายชนิดที่มีโครงสร้างคล้ายกันจึงต้องมีค่า log P ที่ทราบแล้ว และการประมาณค่าจากกลุ่มเคมีหนึ่งไปยังอีกกลุ่มหนึ่ง—การใช้สมการถดถอยที่ได้จากกลุ่มเคมีหนึ่งไปยังกลุ่มที่สอง—อาจไม่น่าเชื่อถือ เนื่องจากแต่ละกลุ่มเคมีจะมีพารามิเตอร์การถดถอยที่ เป็นลักษณะเฉพาะของ ตนเอง

ชุดเทคนิคการวัดค่า pH จะกำหนดโปรไฟล์ค่า pH ของลิโปฟิลิซิตี้โดยตรงจากการไทเทรตกรด-เบสเพียงครั้งเดียวในระบบสองเฟสของน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์^{[ 10 ] : 280–4} ดังนั้น การทดลองเพียงครั้งเดียวสามารถใช้ในการวัดค่าลอการิทึมของสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน (log P ) ซึ่งให้การกระจายตัวของโมเลกุลที่มีประจุเป็นกลางเป็นหลัก รวมถึงสัมประสิทธิ์การกระจายตัว (log D ) ของโมเลกุลทุกรูปแบบในช่วงค่า pH เช่น ระหว่าง 2 ถึง 12 อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จำเป็นต้องมีการกำหนดค่า pK _aของสาร แยกต่างหาก

อินเทอร์เฟซของเหลวแบบโพลาไรซ์ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบอุณหพลศาสตร์และจลนศาสตร์ของการถ่ายโอนชนิดที่มีประจุจากเฟสหนึ่งไปยังอีกเฟสหนึ่ง มีสองวิธีหลัก วิธีแรกคือITIESซึ่งเป็น "อินเทอร์เฟซระหว่างสารละลายอิเล็กโทรไลต์สองชนิดที่ไม่สามารถผสมกันได้" ^{[ 41 ]}วิธีที่สองคือการทดลองหยด^{[ 42 ]} ในการทดลอง นี้ ปฏิกิริยาที่อินเทอร์เฟซสามชั้นระหว่างของแข็งที่เป็นตัวนำ หยดของเฟสของเหลวที่มีปฏิกิริยารีดอกซ์ และ สารละลาย อิเล็กโทรไลต์ถูกนำมาใช้เพื่อกำหนดพลังงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนชนิดที่มีประจุข้ามอินเทอร์เฟซ^{[ 43 ]}

มีความพยายามที่จะให้ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสำหรับยาในระดับเซลล์เดี่ยว^{[ 44 ] [ 45 ]}กลยุทธ์นี้ต้องการวิธีการในการกำหนดความเข้มข้นในเซลล์แต่ละเซลล์ เช่น ด้วยสเปกโทรสโกปีความสัมพันธ์ของฟลูออเรสเซนซ์หรือการวิเคราะห์ภาพ เชิง ปริมาณ ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่ระดับเซลล์เดี่ยวให้ข้อมูลเกี่ยวกับกลไกการดูดซึมของเซลล์^{[ 45 ]}

มีหลายสถานการณ์ที่การทำนายค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนก่อนการวัดเชิงทดลองมีประโยชน์ ตัวอย่างเช่น สารเคมีที่ผลิตในอุตสาหกรรมหลายหมื่นชนิดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย แต่มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่ได้รับ การประเมิน ความเป็นพิษ อย่างเข้มงวด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจัดลำดับความสำคัญของส่วนที่เหลือสำหรับการทดสอบ สมการ QSARซึ่งอิงตามค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่คำนวณได้ สามารถใช้เพื่อประมาณค่าความเป็นพิษได้^{[ 46 ] [ 47 ]}ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่คำนวณได้ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการค้นพบยาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพห้องสมุดการคัดกรอง^{[ 48 ] [ 49 ]}และเพื่อทำนายความคล้ายคลึงกับยาของตัวยาที่ออกแบบไว้ก่อนที่จะสังเคราะห์^{[ 50 ]}ดังที่ได้กล่าวไว้ในรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง การประมาณค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสามารถทำได้โดยใช้วิธีการต่างๆ รวมถึงแบบอิงชิ้นส่วน แบบอิงอะตอม และแบบอิงความรู้ ซึ่งอาศัยความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของสารเคมีเท่านั้น วิธีการทำนายอื่นๆ อาศัยการวัดเชิงทดลองอื่นๆ เช่น ความสามารถในการละลาย วิธีการเหล่านี้ยังแตกต่างกันในด้านความแม่นยำ และว่าสามารถนำไปใช้กับโมเลกุลทุกชนิดได้หรือไม่ หรือใช้ได้เฉพาะกับโมเลกุลที่คล้ายคลึงกับโมเลกุลที่เคยศึกษามาแล้วเท่านั้น

วิธีการมาตรฐานประเภทนี้ที่ใช้การมีส่วนร่วมของอะตอม ได้รับการตั้งชื่อโดยผู้กำหนดสูตรโดยใช้ตัวอักษรนำหน้า: AlogP, ^{[ 51 ]} XlogP, ^{[ 52 ]} MlogP, ^{[ 53 ]}เป็นต้น วิธีการทั่วไปในการทำนาย log Pผ่านวิธีการประเภทนี้คือการกำหนดพารามิเตอร์การมีส่วนร่วมของสัมประสิทธิ์การกระจายของอะตอมต่างๆ ต่อสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนโมเลกุลโดยรวม ซึ่งสร้างแบบจำลองพารามิเตอร์ แบบจำลองพารามิเตอร์นี้สามารถประมาณได้โดยใช้การประมาณค่ากำลังสองน้อยที่สุดแบบ มีข้อจำกัด โดยใช้ชุดฝึกอบรมของสารประกอบที่มีสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนที่วัดได้จากการทดลอง^{[ 51 ] [ 53 ] [ 54 ]}

เพื่อให้ได้ความสัมพันธ์ที่สมเหตุสมผล องค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในยา (ไฮโดรเจน คาร์บอน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และฮาโลเจน) จะถูกแบ่งออกเป็นประเภทอะตอมที่แตกต่างกันหลายประเภท ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของอะตอมภายในโมเลกุล แม้ว่าวิธีนี้โดยทั่วไปจะมีความแม่นยำน้อยที่สุด แต่ข้อดีคือเป็นวิธีที่ครอบคลุมมากที่สุด และสามารถให้ค่าประมาณคร่าวๆ สำหรับโมเลกุลที่หลากหลายได้^{[ 53 ]}

วิธี ที่พบได้บ่อยที่สุดคือการใช้วิธีการมีส่วนร่วมของกลุ่มและเรียกว่า cLogP มีการแสดงให้เห็นว่าค่า log Pของสารประกอบสามารถกำหนดได้จากผลรวมของชิ้นส่วนโมเลกุลที่ไม่ทับซ้อนกัน (ซึ่งกำหนดเป็นอะตอมหนึ่งหรือมากกว่าที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ภายในโมเลกุล) ค่า log P ของชิ้นส่วน ได้รับการกำหนดโดยวิธีการทางสถิติที่คล้ายคลึงกับวิธีการอะตอม (การปรับค่ากำลังสองน้อยที่สุดกับชุดข้อมูลฝึกฝน) นอกจากนี้ยัง มี การแก้ไขแบบ Hammettเพื่อพิจารณาผลกระทบทางอิเล็กทรอนิกส์และ สเตอริก วิธีนี้โดยทั่วไปให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าวิธีการอะตอม แต่ไม่สามารถใช้ในการทำนายค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนสำหรับโมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชันที่ผิดปกติซึ่งยังไม่ได้กำหนดพารามิเตอร์สำหรับวิธีนี้ (ส่วนใหญ่เป็นเพราะขาดข้อมูลการทดลองสำหรับโมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชันดังกล่าว) ^{[ 21 ] : 125ff [ 23 ] : 1–193}

^{การทำนายโดย ใช้}การทำเหมืองข้อมูลทั่วไปจะใช้เครื่องสนับสนุนเวกเตอร์ [ ^{55 ]}ต้นไม้ตัดสินใจหรือเครือข่ายประสาท^[ 56 ^]วิธีนี้มักจะประสบความสำเร็จมากในการคำนวณค่า log Pเมื่อใช้กับสารประกอบที่มีโครงสร้างทางเคมีที่คล้ายคลึงกันและค่า log P ที่ทราบแล้ว แนวทางการ ^ทำเหมืองโมเลกุลใช้การทำนายตามเมทริกซ์ความคล้ายคลึงกันหรือแผนการแยกส่วนอัตโนมัติเป็นโครงสร้างย่อยของโมเลกุล นอกจากนี้ยังมีแนวทางที่ใช้ การค้นหา กราฟย่อยร่วมสูงสุดหรือเคอร์เนลโมเลกุลอีก ด้วย

สำหรับกรณีที่โมเลกุลไม่แตกตัวเป็นไอออน: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

${\displaystyle \log D\cong \log P.}$

สำหรับกรณีอื่นๆ การประมาณค่า log Dที่ค่า pH ที่กำหนด จาก log Pและเศษส่วนโมล ที่ทราบ ของรูปแบบที่ไม่แตกตัวเป็นไอออนในกรณีที่สามารถละเลยการแบ่งส่วนของรูปแบบที่แตกตัวเป็นไอออนในเฟสที่ไม่เป็นขั้วได้ สามารถกำหนดเป็นสูตรได้ดังนี้^{[ 13 ] [ 14 ]}${\displaystyle f^{0}}$

${\displaystyle \log D\cong \log P+\log \left(f^{0}\right).}$

นิพจน์โดยประมาณต่อไปนี้ใช้ได้เฉพาะกับกรดและเบสโมโนโปรติก เท่านั้น : ^{[ 13 ] [ 14 ]}

${\displaystyle {\begin{aligned}\log D_{\text{acids}}&\cong \log P+\log \left[{\frac {1}{1+10^{\mathrm {p} H-\mathrm {p} K_{a}}}}\right],\\\log D_{\text{bases}}&\cong \log P+\log \left[{\frac {1}{1+10^{\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} }}}\right].\end{aligned}}}$

การประมาณค่าเพิ่มเติมสำหรับกรณีที่สารประกอบแตกตัวเป็นไอออนเป็นส่วนใหญ่: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

• สำหรับกรดที่มี, ,${\displaystyle \mathrm {pH} -\mathrm {p} K_{a}>1}$${\displaystyle \log D_{\text{acids}}\cong \log P+\mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} }$
• สำหรับฐานที่มี, .${\displaystyle \mathrm {p} K_{a}-\mathrm {pH} >1}$${\displaystyle \log D_{\text{bases}}\cong \log P-\mathrm {p} K_{a}+\mathrm {pH} }$

สำหรับการทำนาย pKa ซึ่งสามารถใช้ประมาณ logD ได้นั้น  สมการ_{ประเภท} Hammettมักถูกนำมาใช้^{[ 57 ] [ 58 ]}

หากทราบหรือคาดการณ์ความสามารถในการละลายSของสารประกอบอินทรีย์ในน้ำและ 1-ออกทานอลแล้ว  สามารถประมาณค่า log P ได้ดังนี้ ^{[ 46 ] [ 59 ]}

${\displaystyle \log P=\log S_{\text{o}}-\log S_{\text{w}}.}$

มีวิธีการต่างๆ มากมายในการทำนายความสามารถในการละลายและlog S ^{[ 60 ] [ 61 ]}

ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนระหว่างn -octanolและน้ำเรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน n -octanol-waterหรือK _ow ^{[ 62} ] นอกจากนี้ยังมักเรียกโดยใช้สัญลักษณ์ P โดยเฉพาะในเอกสารภาษาอังกฤษ และยังเรียกว่า อัตราส่วนการแบ่งส่วน n- ^octanol -water อีก ด้วย^{[ 63 ] [ 64 ] [ 65 ]}

ค่า K _owซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วนชนิดหนึ่ง ทำหน้าที่วัดความสัมพันธ์ระหว่างความชอบไขมัน (ความสามารถในการละลายในไขมัน) และความชอบน้ำ (ความสามารถในการละลายในน้ำ) ของสาร ค่า K ow จะมากกว่าหนึ่งหากสารนั้นละลายได้ดีกว่าในตัวทำละลายที่คล้ายไขมัน เช่น n-octanol และจะมีค่าน้อยกว่าหนึ่งหากสารนั้นละลายได้ดีกว่าในน้ำ

โดยทั่วไป ค่า log K _owจะอยู่ระหว่าง -3 (ชอบน้ำมาก) และ +10 (ชอบไขมัน/ไม่ชอบน้ำอย่างมาก) ^{[ 66 ]}

ค่าที่ระบุไว้ที่นี่^{[ 67 ]}เรียงลำดับตามสัมประสิทธิ์การแบ่งส่วน อะเซตาไมด์เป็นไฮโดรฟิลิก และ 2,2′,4,4′,5-เพนตาคลอโรไบฟีนิลเป็นไลโปฟิลิก

• vcclab.orgภาพรวมของเครื่องคำนวณค่า logP และค่าคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ที่มีจำหน่ายทั่วไปและทางออนไลน์
• XLOGP3คือตัวประมาณค่า LogP แบบง่ายที่ใช้โดย PubChem (เวอร์ชัน 2021.05.07)